JP2007047359A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な挿入損失を有し光学特性にばらつきの無い光アッテネータ、光スイッチ等の光デバイスを提供すること。
【解決手段】 ファラデー効果を有する磁性ガーネット単結晶と、隙間を介して相対峙する一対の先端部を有するヨークとコイルとで構成されかつ上記隙間に磁性ガーネット単結晶が配置されると共にこの磁性ガーネット単結晶に対し光軸に垂直な方向に可変磁界を印加する電磁石と、上記隙間に配置された磁性ガーネット単結晶に対し光軸に平行な方向に固定磁界を印加する永久磁石とを備え、可変磁界と固定磁界とで構成される外部磁界により磁性ガーネット単結晶を透過する光線のファラデー回転角を制御する光デバイスであって、上記隙間に配置された磁性ガーネット単結晶５の外縁部と各ヨーク先端部８間の距離が０．０８ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ファラデー効果を有する磁性ガーネット単結晶を用い、光線の偏光状態を制御する光デバイスに係り、詳しくは、光通信システム等において光強度を減衰して調節する光アッテネータや光スイッチ等光線の偏波面を回転させる光デバイスの改良に関するものである。

伝送容量の増大に伴い、光伝送通信システムでは波長多重通信システムが用いられている。波長多重通信システムでは光強度を減衰して調節する光アッテネータや光スイッチ等の光デバイスが用いられており、機械的な駆動によるもの、電気光学効果を利用するもの、磁気光学効果を利用するものがある。

磁気光学効果を利用する光デバイスは、ファラデー回転子に外部磁界を印加することによって透過光の偏波面を回転させるもので、ファラデー回転子には液相エピタキシャル法により育成される磁性ガーネット単結晶が専ら用いられる。

そして、ファラデー回転子を用いた光アッテネータでは、磁性ガーネット単結晶に２方向から外部磁界を印加し、外部磁界の合成磁界ベクトルを可変することにより磁性ガーネット単結晶を透過する光線のファラデー回転角を制御している。すなわち、永久磁石により光軸に平行な方向に磁性ガーネット単結晶の飽和磁界以上の固定磁界を印加しておき、電磁石により光軸に垂直な方向に可変磁界を印加している（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上記光アッテネータを組み立てる場合、電磁石のヨークの形状や寸法、ヨークと磁性ガーネット単結晶の位置関係により偏波依存性損失が増大することが指摘されており、特許文献２では、偏波依存性損失を減少させるためヨーク先端部の断面積を磁性ガーネット単結晶の断面積の１．７倍とすることを提案している。そして、磁性ガーネット単結晶をヨーク中心に配置する必要があると記載されている。
特開２０００−２４９９９７号公報 特許第３５１０２０５号公報

しかし、光デバイスの小型化への要望が強くなるにつれ光アッテネータを構成する部品が小さくなり、かつ、部品間の間隔が狭くなってくると、磁性ガーネット単結晶をヨーク中心に配置したとしても、光アッテネータの挿入損失が大きくなるという新たな問題が発生した。そして、実際に光アッテネータを作製したところ、挿入損失が、磁性ガーネット単結晶が有する光吸収から想定される損失よりも極端に大きくなる場合があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、良好な挿入損失を有し、光学特性にばらつきの無い光デバイスを提供することにある。

挿入損失が大きくなる要因として、磁性ガーネット単結晶が有する光吸収の他に、出射側ファイバへの結合損失、光アッテネータ等光デバイスを構成する他の光学素子の端面反射、および、磁性ガーネット単結晶周りの磁界分布の影響等が考えられる。

そして、これ等要因について調べたところ、磁性ガーネット単結晶の近傍に配置された永久磁石による固定磁界によって電磁石のヨークが磁化されてしまい、これにより光線が通過する磁性ガーネット単結晶領域の磁界分布が影響を受けたものと推定された。

そこで、本発明者等は、固定磁界により上記ヨークが磁化され難くなる条件について鋭意研究を継続した結果、電磁石のヨーク先端部を、磁性ガーネット単結晶の外縁部から０．０８ｍｍ以上離すことにより回避できることを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見に基づき完成されている。

すなわち、請求項１に係る発明は、
ファラデー効果を有する磁性ガーネット単結晶と、隙間を介して相対峙する一対の先端部を有するヨークとコイルとでその主要部が構成されかつ上記隙間に磁性ガーネット単結晶が配置されると共にこの磁性ガーネット単結晶に対し光軸に垂直な方向に可変磁界を印加する電磁石と、上記隙間に配置された磁性ガーネット単結晶に対し光軸に平行な方向に固定磁界を印加する永久磁石とを備え、上記可変磁界と固定磁界とで構成される外部磁界により磁性ガーネット単結晶を透過する光線のファラデー回転角を制御する光デバイスを前提とし、
上記隙間に配置された磁性ガーネット単結晶の外縁部と各ヨーク先端部間の距離が、０．０８ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とするものである。

請求項１記載の発明に係る光デバイスによれば、
隙間を介し相対峙する一対のヨーク先端部と上記隙間に配置された磁性ガーネット単結晶の外縁部との距離が０．０８ｍｍ以上に設定されているため、磁性ガーネット単結晶の近傍に配置された永久磁石の固定磁界によるヨークの磁化が起こり難くなる。

従って、光線が通過する磁性ガーネット単結晶領域の磁界分布が影響を受け難くなるため、良好な挿入損失を有しかつ光学特性にばらつきの無い光デバイスを提供することが可能となる効果を有する。

以下、本発明の実施の形態について図１に示す反射型の光アッテネータを例に挙げ説明する。

まず、反射型の光アッテネータは、図１に示すように大きく分けて光ファイバ部と非相反部から成っている。上記光ファイバ部は、光軸に沿って順に配置された２芯ファイバ１、複屈折結晶２、円筒状永久磁石３およびコリメータレンズ４とで構成され、上記非相反部は、ファラデー回転子５、ミラー６、円柱状永久磁石７および電磁石とで構成されている。また、上記電磁石は、一対のヨーク先端部８、ヨーク本体９並びにコイル１０とでその主要部が構成されており、一対のヨーク先端部８は隙間を介して相対峙し、この隙間に上記ファラデー回転子５が配置されている。また、電磁石のヨークは、一対のヨーク先端部８とヨーク本体９とで構成されている。

更に詳細に説明すると、上記ファラデー回転子５は、電磁石による可変磁界と永久磁石による固定磁界の合成磁界ベクトルを可変することによりファラデー回転角が変化する基本膜と、電磁石による可変磁界によらずファラデー回転角が一定である補償膜の２種類の磁性ガーネット単結晶から構成されている。

そして、２芯ファイバ１の入力側光ファイバから出射した光は、図１に示すように複屈折結晶２を経てコリメータレンズ４で平行光となり、非相反部に入射する。非相反部に入射した光は、ファラデー回転子５を通過した後、ミラー６で反射され、再度ファラデー回転子５を通過した後、コリメータレンズ４で集光され、複屈折結晶２を経て２芯ファイバ１の出力側光ファイバに入射する。尚、反射型の光アッテネータでは、ファラデー回転子を光が通過したときに偏光が４５度回転しかつ往復することで９０度回転したときに、損失が最小となるように構成されている。

そして、ヨーク先端部８とファラデー回転子（磁性ガーネット単結晶）５の外縁部間の距離Ｌ（図１参照）を変化させた非相反部を複数作製し、別途作製した光ファイバ部と結合させたところ、図２のグラフ図に示すように距離Ｌにより損失が大きく変化した。尚、図２に示す損失は、電磁石を具備せず１回の通過でファラデー回転角が４５度のミラー付きファラデー回転子を上記非相反部の代わりに配置したときを基準とし、上記４５度のミラー付きファラデー回転子に代えて非相反部を配置したときに増加した損失であり、ファラデー回転子（磁性ガーネット単結晶）周りの磁界分布の影響等により増加した過剰損失と言えるものである。ここで過剰損失は、電磁石を構成するコイルに電流を流さなかったときの値であり、ファラデー回転子を構成する磁性ガーネット単結晶には、光軸に平行な方向にのみ磁界が印加されている。

図２のグラフ図から明らかなように、距離Ｌが０．０８ｍｍを下回ると過剰損失が増大していくので距離Ｌは０．０８ｍｍ以上であることを要する。しかし、上記距離Ｌがあまり大きくなると光デバイスの小型化の要望に対応できなくなるため、距離Ｌは０．５ｍｍ以下であることを要する。

尚、距離Ｌが小さくなると過剰損失が大きくなるのは、光デバイスにおける小型化の要請に伴い、ファラデー回転子、ヨークの極、および、永久磁石が近接配置されている関係上、永久磁石の固定磁界によりヨークが磁化されてしまい、電磁石のコイルに電流を流さない状態においても、磁化されたヨークの作用によりファラデー回転子（磁性ガーネット単結晶）に対し印加される固定磁界が光軸に平行にならないためと推測される。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

この実施例で用いた非相反部を構成する各部材を固定するための非相反部用ホルダーを図３（ａ）（ｂ）に示す。このホルダーには、図３（ａ）（ｂ）に示すようにファラデー回転子取付け溝１１、ヨーク先端部取付け溝１２、ミラー取付け座１３、および、円柱状永久磁石取付け穴１４が設けられている。

それぞれの部材の相対位置は、非相反部用ホルダーの形状により決定される。この非相反部用ホルダーでは、円柱状永久磁石とヨーク先端部までの距離が１．３ｍｍ、円柱状永久磁石とファラデー回転子までの距離が１．４ｍｍ程度となる。円柱状永久磁石については、その断面積をφ１．５ｍｍとし、かつ、ファラデー回転子の大きさは２ｍｍ×１ｍｍとした。

まず、上記ホルダーにファラデー回転子５、ミラー６、円柱状永久磁石７を接着剤で取付けた。この状態を図４（ａ）（ｂ）に示す。

ここで、ファラデー回転子は、組成が（ＧｄＢｉ）_３（ＦｅＧａＡｌ）_５Ｏ_１２で、光軸に平行な方向に飽和磁界以上の固定磁界を印加したときのファラデー回転角が３０度である２枚の基本膜と、組成が（ＥｕＨｏＢｉ）_３（ＦｅＧａ）_５Ｏ_１２で、ファラデー回転角が１７度でかつ偏光が基本膜とは逆方向に回転する補償膜の計３枚の磁性ガーネット単結晶から構成した。

次に、ヨーク先端部８を、取付け治具である軟磁性材から成るヨーク固定梁１５を介して永久磁石１６に吸着させる。ヨーク先端部８も軟磁性材であるため、上記永久磁石１６の磁力によりヨーク固定梁１５に吸着させることができる。

次いで、上記ヨーク先端部８が吸着されたヨーク固定梁１５をホルダーのヨーク先端部取付け溝１２に挿入し、その取付け溝１２の縁部にヨーク固定梁１５を押し当てた後、ヨーク先端部８をホルダーのヨーク先端部取付け溝１２に接着剤で固定した。この状態を図５に示す。尚、ヨーク先端部８が固定された後は、取付け治具であるヨーク固定梁１５と永久磁石１６は除去される。

この後、固定された上記ヨーク先端部８に図示外のヨーク本体とコイルを接合することで、反射型光アッテネータの非相反部が完成される。

ここで、ホルダー、ファラデー回転子５、ヨーク先端部８、ヨーク固定梁１５の寸法精度が所望の値になっていれば、図５に示すようにヨーク固定梁１５をホルダーに押し当てるだけで、ファラデー回転子５を構成する磁性ガーネット単結晶の外縁部とヨーク先端部８間の距離を、容易に再現性良く０．０８ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下に制御することが可能である。

このようにして作製された３６個の非相反部に、２芯ファイバ、複屈折結晶、円筒状永久磁石およびコリメータレンズから構成される光ファイバ部を結合して特性を評価した。過剰損失を図６に、光アッテネータとしての最大減衰量を示す電流値を評価した結果を図７に示すが、過剰損失が極端に大きいものは無く、光学特性のばらつきが抑制された良好な結果を得ることができた。

光デバイスである反射型光アッテネータの構成を示す構成説明図。 ヨーク先端部から磁性ガーネット単結晶までの距離と光アッテネータの過剰損失との関係を示すグラフ図。 図３（ａ）は実施例１で用いた非相反部用ホルダーの正面図、図３（ｂ）はその側面図。 図４（ａ）はファラデー回転子５、ミラー６、円柱状永久磁石７が固定された非相反部用ホルダーの正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’面断面図。 取付け治具であるヨーク固定梁１５と永久磁石１６を用いてヨーク先端部８を非相反部用ホルダーに装着した状態を示す説明図。 実施例で作製した非相反部の過剰損失のばらつきを示すグラフ図。 実施例で作製した非相反部の最大減衰時の電流値のばらつきを示すグラフ図。

符号の説明

１ ２芯光ファイバ
２ 複屈折結晶
３ 円筒状永久磁石
４ コリメータレンズ
５ ファラデー回転子（磁性ガーネット単結晶）
６ ミラー
７ 円柱状永久磁石
８ ヨーク先端部
９ ヨーク本体
１０ コイル

Claims (1)

1. ファラデー効果を有する磁性ガーネット単結晶と、隙間を介して相対峙する一対の先端部を有するヨークとコイルとでその主要部が構成されかつ上記隙間に磁性ガーネット単結晶が配置されると共にこの磁性ガーネット単結晶に対し光軸に垂直な方向に可変磁界を印加する電磁石と、上記隙間に配置された磁性ガーネット単結晶に対し光軸に平行な方向に固定磁界を印加する永久磁石とを備え、上記可変磁界と固定磁界とで構成される外部磁界により磁性ガーネット単結晶を透過する光線のファラデー回転角を制御する光デバイスにおいて、
   上記隙間に配置された磁性ガーネット単結晶の外縁部と各ヨーク先端部間の距離が、０．０８ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする光デバイス。

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